A new method to detect loss of heterozygosity using cohort heterozygosity comparisons

Background Loss of heterozygosity (LOH) is an important marker for one of the 'two-hits' required for tumor suppressor gene inactivation. Traditional methods for mapping LOH regions require the comparison of both tumor and patient-matched normal DNA samples. However, for many archival samples, patient-matched normal DNA is not available leading to the under-utilization of this important resource in LOH studies. Here we describe a new method for LOH analysis that relies on the genome-wide comparison of heterozygosity of single nucleotide polymorphisms (SNPs) between cohorts of cases and un-matched healthy control samples. Regions of LOH are defined by consistent decreases in heterozygosity across a genetic region in the case cohort compared to the control cohort. Methods DNA was collected from 20 Follicular Lymphoma (FL) tumor samples, 20 Diffuse Large B-cell Lymphoma (DLBCL) tumor samples, neoplastic B-cells of 10 B-cell Chronic Lymphocytic Leukemia (B-CLL) patients and Buccal cell samples matched to 4 of these B-CLL patients. The cohort heterozygosity comparison method was developed and validated using LOH derived in a small cohort of B-CLL by traditional comparisons of tumor and normal DNA samples, and compared to the only alternative method for LOH analysis without patient matched controls. LOH candidate regions were then generated for enlarged cohorts of B-CLL, FL and DLBCL samples using our cohort heterozygosity comparison method in order to evaluate potential LOH candidate regions in these non-Hodgkin's lymphoma tumor subtypes. Results Using a small cohort of B-CLL samples with patient-matched normal DNA we have validated the utility of this method and shown that it displays more accuracy and sensitivity in detecting LOH candidate regions compared to the only alternative method, the Hidden Markov Model (HMM) method. Subsequently, using B-CLL, FL and DLBCL tumor samples we have utilised cohort heterozygosity comparisons to localise LOH candidate regions in these subtypes of non-Hodgkin's lymphoma. Detected LOH regions included both previously described regions of LOH as well as novel genomic candidate regions. Conclusions We have proven the efficacy of the use of cohort heterozygosity comparisons for genome-wide mapping of LOH and shown it to be in many ways superior to the HMM method. Additionally, the use of this method to analyse SNP microarray data from 3 common forms of non-Hodgkin's lymphoma yielded interesting tumor suppressor gene candidates, including the ETV3 gene that was highlighted in both B-CLL and FL.

The relationship between angiogenesis and the immune response in carcinogenesis and the progression of malignant disease

Recent studies have demonstrated that angiogenesis and suppressed cell- mediated immunity (CMI) play a central role in the pathogenesis of malignant disease facilitating tumour growth, invasion and metastasis. In the majority of tumours, the malignant process is preceded by a pathological condition or exposure to an irritant which itself is associated with the induction of angiogenesis and/or suppressed CMI. These include: cigarette smoking, chronic bronchitis and lung cancer; chronic oesophagitis and oesophageal cancer; chronic viral infections such as human papilloma virus and ano-genital cancers, chronic hepatitis B and C and hepatocellular carcinoma, and Epstein- Barr virus (EBV) and lymphomas; chronic inflammatory conditions such as Crohn's disease and ulcerative colitis and colorectal cancer; asbestos exposure and mesothelioma and excessive sunlight exposure/sunburn and malignant melanoma. Chronic exposure to growth factors (insulin-like growth factor-I in acromegaly), mutations in tumour suppressor genes (TP53 in Li Fraumeni syndrome) and long-term exposure to immunosuppressive agents (cyclosporin A) may also give rise to similar environments and are associated with the development of a range of solid tumours. The increased blood supply would facilitate the development and proliferation of an abnormal clone or clones of cells arising as the result of: (a) an inherited genetic abnormality; and/or (b) acquired somatic mutations, the latter due to local production and/or enhanced delivery of carcinogens and mutagenic growth factors. With progressive detrimental mutations and growth-induced tumour hypoxia, the transformed cell, to a lesser or greater extent, may amplify the angiogenic process and CMI suppression, thereby facilitating further tumour growth and metastasis. There is accumulating evidence that long-term treatment with cyclo-oxygenase inhibitors (aspirin and indomethacin), cytokines such as interferon-α, anti-oestrogens (tamoxifen and raloxifene) and captopril significantly reduces the incidence of solid tumours such as breast and colorectal cancer. These agents are anti-angiogenic and, in the case of aspirin, indomethacin and interferon-α have proven immunomodulatory effects. Collectively these observations indicate that angiogenesis and suppressed CMI play a central role in the development and progression of malignant disease. (C) 2000 Elsevier Science Ltd.

Comparative genomics of koala, cattle and sheep strains of Chlamydia pecorum

Background Chlamydia pecorum is an important pathogen of domesticated livestock including sheep, cattle and pigs. This pathogen is also a key factor in the decline of the koala in Australia. We sequenced the genomes of three koala C. pecorum strains, isolated from the urogenital tracts and conjunctiva of diseased koalas. The genome of the C. pecorum VR629 (IPA) strain, isolated from a sheep with polyarthritis, was also sequenced. Results Comparisons of the draft C. pecorum genomes against the complete genomes of livestock C. pecorum isolates revealed that these strains have a conserved gene content and order, sharing a nucleotide sequence similarity > 98%. Single nucleotide polymorphisms (SNPs) appear to be key factors in understanding the adaptive process. Two regions of the chromosome were found to be accumulating a large number of SNPs within the koala strains. These regions include the Chlamydia plasticity zone, which contains two cytotoxin genes (toxA and toxB), and a 77 kbp region that codes for putative type III effector proteins. In one koala strain (MC/MarsBar), the toxB gene was truncated by a premature stop codon but is full-length in IPTaLE and DBDeUG. Another five pseudogenes were also identified, two unique to the urogenital strains C. pecorum MC/MarsBar and C. pecorum DBDeUG, respectively, while three were unique to the koala C. pecorum conjunctival isolate IPTaLE. An examination of the distribution of these pseudogenes in C. pecorum strains from a variety of koala populations, alongside a number of sheep and cattle C. pecorum positive samples from Australian livestock, confirmed the presence of four predicted pseudogenes in koala C. pecorum clinical samples. Consistent with our genomics analyses, none of these pseudogenes were observed in the livestock C. pecorum samples examined. Interestingly, three SNPs resulting in pseudogenes identified in the IPTaLE isolate were not found in any other C. pecorum strain analysed, raising questions over the origin of these point mutations. Conclusions The genomic data revealed that variation between C. pecorum strains were mainly due to the accumulation of SNPs, some of which cause gene inactivation. The identification of these genetic differences will provide the basis for further studies to understand the biology and evolution of this important animal pathogen. Keywords: Chlamydia pecorum; Single nucleotide polymorphism; Pseudogene; Cytotoxin

Molecular mechanisms of cancer predisposition in HNPCC/Lynch syndrome

Hereditary non-polyposis colorectal carcinoma (HNPCC; Lynch syndrome) is among the most common hereditary cancers in man and a model of cancers arising through deficient DNA mismatch repair (MMR). It is inherited in a dominant manner with predisposing germline mutations in the MMR genes, mainly MLH1, MSH2, MSH6 and PMS2. Both copies of the MMR gene need to be inactivated for cancer development. Since Lynch syndrome family members are born with one defective copy of one of the MMR genes in their germline, they only need to acquire a so called second hit to inactivate the MMR gene. Hence, they usually develop cancer at an early age. MMR gene inactivation leads to accumulation of mutations particularly in short repeat tracts, known as microsatellites, causing microsatellite instability (MSI). MSI is the hallmark of Lynch syndrome tumors, but is present in approximately 15% of sporadic tumors as well. There are several possible mechanisms of somatic inactivation (i.e. the second hit ) of MMR genes, for instance deletion of the wild-type copy, leading to loss of heterozygosity (LOH), methylation of promoter regions necessary for gene transcription, or mitotic recombination or gene conversion. In the Lynch syndrome tumors carrying germline mutations in the MMR gene, LOH was found to be the most frequent mechanism of somatic inactivation in the present study. We also studied MLH1/MSH2 deletion carriers and found that somatic mutations identical to the ones in the germline occurred frequently in colorectal cancers and were also present in extracolonic Lynch syndrome-associated tumors. Chromosome-specific marker analysis implied that gene conversion, rather than mitotic recombination or deletion of the respective gene locus accounted for wild-type inactivation. Lynch syndrome patients are predisposed to certain types of cancers, the most common ones being colorectal, endometrial and gastric cancer. Gastric cancer and uroepithelial tumors of bladder and ureter were observed to be true Lynch syndrome tumors with MMR deficiency as the driving force of tumorigenesis. Brain tumors and kidney carcinoma, on the other hand, were mostly MSS, implying the possibility of alternative routes of tumor development. These results present possible implications in clinical cancer surveillance. In about one-third of families suspected of Lynch syndrome, mutations in MMR genes are not found, and we therefore looked for alternative mechanisms of predisposition. According to our results, large genomic deletions, mainly in MSH2, and germline epimutations in MLH1, together explain a significant fraction of point mutation-negative families suspected of Lynch syndrome and are associated with characteristic clinical and family features. Our findings have important implications in the diagnosis and management of Lynch syndrome families.

Targeting antigen to diverse APCs inactivates memory CD8+ T cells without eliciting tissue-destructive effector function

Memory T cells develop early during the preclinical stages of autoimmune diseases and have traditionally been considered resistant to tolerance induction. As such, they may represent a potent barrier to the successful immunotherapy of established autoimmune diseases. It was recently shown that memory CD8+ T cell responses are terminated when Ag is genetically targeted to steady-state dendritic cells. However, under these conditions, inactivation of memory CD8+ T cells is slow, allowing transiently expanded memory CD8+ T cells to exert tissue-destructive effector function. In this study, we compared different Ag-targeting strategies and show, using an MHC class II promoter to drive Ag expression in a diverse range of APCs, that CD8+ memory T cells can be rapidly inactivated by MHC class II+ hematopoietic APCs through a mechanism that involves a rapid and sustained downregulation of TCR, in which the effector response of CD8+ memory cells is rapidly truncated and Ag-expressing target tissue destruction is prevented. Our data provide the first demonstration that genetically targeting Ag to a broad range of MHC class II+ APC types is a highly efficient way to terminate memory CD8+ T cell responses to prevent tissue-destructive effector function and potentially established autoimmune diseases. Copyright © 2010 by The American Association of Immunologists, Inc.

Essential role of beta-adrenergic receptor kinase 1 in cardiac development and function.

The beta-adrenergic receptor kinase 1 (beta ARK1) is a member of the G protein-coupled receptor kinase (GRK) family that mediates the agonist-dependent phosphorylation and desensitization of G protein-coupled receptors. We have cloned and disrupted the beta ARK1 gene in mice by homologous recombination. No homozygote beta ARK1-/- embryos survive beyond gestational day 15.5. Prior to gestational day 15.5, beta ARK1-/- embryos display pronounced hypoplasia of the ventricular myocardium essentially identical to the "thin myocardium syndrome" observed upon gene inactivation of several transcription factors (RXR alpha, N-myc, TEF-1, WT-1). Lethality in beta ARK1-/- embryos is likely due to heart failure as they exhibit a > 70% decrease in cardiac ejection fraction determined by direct in utero intravital microscopy. These results along with the virtual absence of endogenous GRK activity in beta ARK1-/- embryos demonstrate that beta ARK1 appears to be the predominant GRK in early embryogenesis and that it plays a fundamental role in cardiac development.

Discovery of DNA hypermethylation using a DHPLC screening strategy

Promoter hypermethylation is recognized as a hallmark of human cancer, in addition to conventional mechanisms of gene inactivation. As such, many new technologies have been developed over the past two decades to uncover novel targets of methylation and decipher complex epigenetic patterns. However, many of these are either labor intensive or provide limited data, confined to oligonucleotide hybridization sequences or enzyme cleavage sites and cannot be easily applied to screening large sets of sequences or samples. We present an application of denaturing high performance liquid chromatography (DHPLC), which relies on bisulfite modification of genomic DNA, for methylation screening. We validated DHPLC as a methylation screening tool using GSTP1, a well known target of methylation in prostate cancer. We developed an in silico approach to identify potential targets of promoter hypermethylation in prostate cancer. Using DHPLC, we screened two of these targets LGALS3 and SMAD4 for methylation. We show that DHPLC has an application as a fast, sensitive, quantitative and cost effective method for screening novel targets or DNA samples for DNA methylation.

STUDYING ABERRANT METHYLATION AND miRNA PROFILING FOR THE DETECTION OF LUNG CANCER BIOMARKERS

Lung cancer is a major chronic disease responsible for the highest mortality rate, among other types of cancer, and represents 29% of all deaths in Canada. The clinical diagnosis of lung carcinoma still requires a standard diagnostic approach, as there are no symptoms in its early stage. Therefore, it is usually diagnosed at a later stage, when the survival rate is low. With the recent advancement in molecular biology and biotechnology, a molecular biomarker approach for the diagnosis of early lung cancer seems to be a potential option. In this study, we aimed to investigate and standardize a promising Lung ,Cancer Biomarker by studying the aberrant methylation of two tumour suppressor genes, namely RASSFIA and RAR-B, and the miRNA profiling of four . commonly deregulated miRNA (miR-199a-3p, miR-182, miR-lOO and miR-221). Four lung cancer cell lines were used (two SCLC and two NSCLC), with comparisons being made with normal lung cell lines. Our results, we found that none of these genes were methylated. We then evaluated TP53, and found the promoter of this gene to be methylated in the cancer cell lines, as compared to the normal cell lines, indicating gene inactivation. We carried out miRNA profiling of the cancer cell lines and reported that 80 miRNAs are deregulated in lung cancer cell lines as compared to the normal cell lines. Our study was the first of its kind to indicate that hsa-mir-4301, hsa-mir-4707-5p and hsa-mir-4497 (newly discovered miRNAs) are deregulated in lung cancer cell lines. We also investigated miR-199a-3p, mir-lOO and miR-182, and found that miR-199a -3p and mir-l00 were down-regulated in cancer lines, whereas miR-182 was up-regulated in the cancer cell lines. In the final part of the study we observed that mir-221 could be a putative biomarker to distinguish between the two types of lung cancer because it was down-regulated in SCLC, and up-regulated in the NSCLC cell lines. In conclusion, we found four miRNA molecular biomarkers that possibly could be used in the early diagnosis of the lung cancer. More studies are still required with larger numbers of samples to effectively establish these as molecular biomarkers for the diagnosis of lung cancer

Les facteurs à homéodomaine Pitx et Irx au cours du développement des membres postérieurs

Les facteurs de transcription Pitx ont été impliqués dans la croissance et la détermination de l’identité des membres postérieurs. D’abord, l’inactivation de Pitx1 chez la souris résulte en la transformation partielle des membres postérieurs en membres antérieurs. Ensuite, la double mutation de Pitx1 et de Pitx2 a montré l’activité redondante de ces facteurs pour la croissance des membres postérieurs. Ainsi, les souris mutantes Pitx1-/-;Pitx2néo/néo montrent une perte des éléments squelettiques proximaux et antérieurs. Des travaux récents ont impliqué les gènes de la famille des Iroquois dans le développement des membres. Tout particulièrement, les souris Irx3-/-;Irx5-/- montrent la perte des éléments squelettiques proximaux et antérieurs, exclusivement au niveau des membres postérieurs. Cette phénocopie entre les souris mutantes pour Pitx1/2 et Irx3/5 nous a amenés à poser trois hypothèses : (1) les Pitx sont responsables de l’expression de Irx dans les bourgeons postérieurs ; (2) à l’inverse, les Irx dirigent l’expression des Pitx ; (3) les Pitx et les Irx participent ensemble au programme génétique de croissance des bourgeons postérieurs. Nous avons pu conclure que les Pitx et les Irx font partie de cascades de régulation indépendantes l’une de l’autre et qu’ils sont capables d’interaction transcriptionnelle autant sur un promoteur générique que sur des régions conservées du locus de Tbx4. Enfin, autant l’inactivation Pitx que celle des Irx mène à un retard d’expression de Pax9 exclusivement dans les bourgeons postérieurs. Ainsi, les Pitx et les Irx semblent agir sur des programmes génétiques parallèles impliqués dans la croissance et le patterning des membres postérieurs.

The proprotein convertase PC5/6 is protective against intestinal tumorigenesis: in vivo mouse model

BACKGROUND: The secretory basic amino acid-specific proprotein convertases (PCs) have often been associated with cancer/metastasis. By controlling the cleavage of cancer-associated proteins, PCs play key roles in multiple steps of cancer development. Most analyses of the implication of PCs in cancer/metastasis relied on the use of in vitro overexpression systems or inhibitors that can affect more than one PC. Aside from the role of furin in salivary gland tumorigenesis, no other in vivo genetic model of PC-knockout was reported in relation to cancer development. RESULTS: Since PC5/6 is highly expressed in the small intestine, the present study examined its in vivo role in intestinal tumorigenesis. Analysis of human intestinal tumors at various stages showed a systematic down-regulation of PC5/6 expression. Since gene inactivation of PC5/6 leads to lethality at birth, we generated mice lacking PC5/6 in enterocytes and analyzed the impact of the presence or absence of this PC in the mouse ApcMin/+ model that develops numerous adenocarcinomas along the intestinal tract. This resulted in viable mice with almost no expression of PC5/6 in small intestine, but with no overt phenotype. The data showed that by themselves ApcMin/+ tumors express lower levels of PC5/6 mRNA, and that the lack of PC5/6 in enterocytes results in a significantly higher tumor number in the duodenum, with a similar trend in other intestinal segments. Finally, the absence of PC5/6 is also associated with a premature mortality of ApcMin/+ mice. CONCLUSION: Overall, these data suggest that intestinal PC5/6 is protective towards tumorigenesis, especially in mouse duodenum, and possibly in human colon.

Caractérisation de la MAP kinase atypique Erk4 : activation et fonction physiologique

Les MAP kinases sont des enzymes essentielles impliquées dans 7 voies de signalisation distinctes qui permettent à la cellule de répondre de manière adéquate aux stimuli extra-cellulaires. Chez les mammifères, les MAP kinases les mieux caractérisées sont Erk1/2, Jnk, p38 et Erk5. Ces enzymes jouent un rôle important dans l’embryogenèse, la prolifération et la différenciation cellulaire ainsi que dans la réponse au stress. Erk4 est un membre atypique de la famille MAP kinase. D’une part, la boucle d’activation de Erk4 possède un motif SEG au lieu du motif TXY, très conservé chez les MAP kinases. D’autre part, Erk4 possède une extension en C-terminal du domaine kinase qui n’est pas présente chez les MAP kinases classiques. Jusqu’à présent aucune fonction n’a été attribuée à Erk4. De plus, la voie de signalisation ainsi que le mode de régulation conduisant à l’activation de Erk4 ne sont pas connus. Le seul substrat de Erk4 identifié jusqu’à maintenant est la MAPKAP kinase MK5. L’impact fonctionnel de cette interaction n’est également pas connu. Afin d’en apprendre davantage sur la MAP kinase atypique Erk4, nous avons étudié le mécanisme d’activation de cette kinase ainsi que sa fonction physiologique par une approche de délétion génique chez la souris. En ce qui concerne l’activation de Erk4, nous avons montré que la boucle d’activation de Erk4 (S186EG) est constitutivement phosphorylée in vivo et que cette phosphorylation n’est pas modulée par les stimuli classiques des MAP kinases dont le sérum et le sorbitol. Cependant, nous avons observé que la phosphorylation de la S186 augmente en présence de MK5 et que cette augmentation est indépendante de l’activité kinase de l’une ou l’autre de ces kinases. De plus, nous avons établi que la phosphorylation de la boucle d’activation de Erk4 est requise pour l’interaction stable entre Erk4 et MK5 ainsi que pour l’activation, et la relocalisation cytoplasmique de MK5. Ainsi, notre étude a permis de révéler que Erk4 est régulée de manière différente des MAP kinases classiques et que la phosphorylation de la boucle d’activation de Erk4 joue un rôle essentiel dans la régulation de l’activité de MK5. Parallèlement, nos résultats mettent en évidence l’existence d’une “Erk4 kinase”, dont le recrutement et/ou l’activation semble être facilité par MK5. Afin identifier la fonction physiologique de Erk4, nous avons généré des souris Erk4-déficientes. L’inactivation génique de Erk4 est viable et les souris ne présentent aucune anomalie apparente. Dans le but d’expliquer l’absence de phénotype, nous avons regardé si l’expression de Erk3, le paralogue de Erk4, pouvait compenser la perte de Erk4. Notre analyse a révélé que l’expression de Erk3 dans les souris Erk4-/- n’augmente pas au cours du développement embryonnaire ou dans les tissus adultes afin de compenser pour la perte de Erk4. Par la suite, nous avons adressé la question de redondance entre Erk4 et Erk3. Dans notre laboratoire, les souris Erk3-déficientes ont également été générées et le phénotype de ces souris a récemment été analysé. Cette étude a révélé que l’inactivation génique de Erk3 entraîne un retard de croissance intra-utérin, un défaut de maturation pulmonaire et la mort néo-natale des souriceaux. Nous avons donc regardé la contribution de Erk4 dans ces phénotypes. L’analyse des souris Erk4-/- a révélé que l’inactivation de Erk4 n’entraîne pas de retard de croissance ou de maturation du poumon. De plus, nous avons montré que l’inactivation additionnelle de Erk4 dans les souris Erk3-/- n’accentue pas le phénotype des souris Erk3-déficientes. Ainsi, notre étude a révélé que contrairement à Erk3, Erk4 n’est pas essentielle au développement murin dans des conditions physiologiques. Parallèlement, nous avons montré que Erk4 et Erk3 possèdent des fonctions non-redondantes in vivo.

The proprotein convertase PC5/6 is protective against intestinal tumorigenesis: In vivo mouse model

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Characterization of polycystin-1 in ADPKD pathogenetic mechanism : biogenesis and functional implications by genetic approaches in mouse

La polykystose rénale autosomique dominante (ADPKD) est une des maladies génétiques les plus communes. ADPKD se manifeste le plus souvent au stade adulte par la présence de kystes rénaux, et bien souvent de kystes hépatiques, avec une progression très variable. ADPKD mène à une insuffisance rénale: les seuls recours sont la dialyse puis la transplantation rénale. Les mutations dispersées sur les gènes PKD1 (majoritairement; la protéine polycystine-1, PC1) et PKD2 (la protéine polycystine-2, PC2) sont responsables de l’ADPKD. Le mécanisme pathogénétique de perte de fonction (LOF) et donc d’un effet récessif cellulaire est évoqué comme causatif de l’ADPKD. LOF est en effet supporté par les modèles murins d’inactivation de gènes PKD1/PKD2, qui développent de kystes, quoique in utéro et avec une rapidité impressionnante dans les reins mais pas dans le foie. Malgré de nombreuses études in vitro, le rôle de PC1/PC2 membranaire/ciliaire reste plutôt hypothétique et contexte-dépendant. Ces études ont associé PC1/PC2 à une panoplie de voies de signalisation et ont souligné une complexité structurelle et fonctionnelle exceptionnelle, dont l’implication a été testée notamment chez les modèles de LOF. Toutefois, les observations patho-cellulaires chez l’humain dont une expression soutenue, voire augmentée, de PKD1/PC1 et l’absence de phénotypes extrarénaux particuliers remet en question l’exclusivité du mécanisme de LOF. Il était donc primordial 1) d’éclaircir le mécanisme pathogénétique, 2) de générer des outils in vivo authentiques d’ADPKD en terme d’initiation et de progression de la maladie et 3) de mieux connaitre les fonctions des PC1/PC2 indispensables pour une translation clinique adéquate. Cette thèse aborde tous ces points. Tout d’abord, nous avons démontré qu’une augmentation de PKD1 endogène sauvage, tout comme chez l’humain, est pathogénétique en générant et caractérisant en détail un modèle murin transgénique de Pkd1 (Pkd1TAG). Ce modèle reproduit non seulement les caractéristiques humaines rénales, associées aux défauts du cil primaire, mais aussi extrarénales comme les kystes hépatiques. La sévérité du phénotype corrèle avec le niveau d’expression de Pkd1 ce qui supporte fortement un modèle de dosage. Dans un deuxième temps, nous avons démontré par les études de complémentations génétiques que ces deux organes reposent sur une balance du clivage GPS de Pc1, une modification post-traductionelle typique des aGPCR, et dont l’activité et l’abondance semblent strictement contrôlées. De plus, nous avons caractérisé extensivement la biogénèse de Pc1 et de ses dérivés in vivo générés suite au clivage GPS. Nous avons identifié une toute nouvelle forme et prédominante à la membrane, la forme Pc1deN, en plus de confirmer deux fragments N- et C-terminal de Pc1 (NTF et CTF, respectivement) qui eux s’associent de manière non-covalente. Nous avons démontré de façon importante que le trafic de Pc1deN i.e., une forme NTF détachée du CTF, est toutefois dépendant de l’intégrité du fragment CTF in vivo. Par la suite, nous avons généré un premier modèle humanisant une mutation PKD1 non-sens tronquée au niveau du domaine NTF(E3043X) en la reproduisant chez une souris transgénique (Pkd1extra). Structurellement, cette mutation, qui mimique la forme Pc1deN, s’est également avérée causative de PKD. Le modèle Pkd1extra a permis entre autre de postuler l’existence d’une cross-interaction entre différentes formes de Pc1. De plus, nos deux modèles murins sont tous les deux associés à des niveaux altérés de c-Myc et Pc2, et soutiennent une implication réelle de ces derniers dans l’ADPKD tou comme une interaction fonctionnelle entre les polycystines. Finalement, nous avons démontré un chevauchement significatif entre l’ADPKD et le dommage rénal aigüe (ischémie/AKI) dont une expression augmentée de Pc1 et Pc2 mais aussi une stimulation de plusieurs facteurs cystogéniques tel que la tubérine, la β-caténine et l’oncogène c-Myc. Nos études ont donc apporté des évidences cruciales sur la contribution du gène dosage dans l’ADPKD. Nous avons développé deux modèles murins qui serviront d’outil pour l’analyse de la pathologie humaine ainsi que pour la validation préclinique ADPKD. L’identification d’une nouvelle forme de Pc1 ajoute un niveau de complexité supplémentaire expliquant en partie une capacité de régulation de plusieurs voies de signalisation par Pc1. Nos résultats nous amènent à proposer de nouvelles approches thérapeutiques: d’une part, le ciblage de CTF i.e., de style chaperonne, et d’autre part le ciblage de modulateurs intracellulaires (c-Myc, Pc2, Hif1α). Ensemble, nos travaux sont d’une importance primordiale du point de vue informatif et pratique pour un avancement vers une thérapie contre l’ADPKD. Le partage de voies communes entre AKI et ADPKD ouvre la voie aux approches thérapeutiques parallèles pour un traitement assurément beaucoup plus rapide.

Le rôle du stress oxydant dans les changements épigénétiques contribuant aux complications du syndrome métabolique.

La méthylation de l'ADN est l'une des modifications épigénétiques au niveau des îlots CpG. Cette modification épigénétique catalysée par les ADN méthyltransférases (DNMTs) consiste en la méthylation du carbone 5' d’une cytosine ce qui aboutit à la formation de 5-méthylcytosine. La méthylation de l'ADN est clairement impliquée dans l'inactivation des gènes et dans l'empreinte génétique. Elle est modulée par la nutrition, en particulier par les donneurs de méthyle et par une restriction protéique. Ces modifications épigénétiques persistent plus tard dans la vie et conduisent au développement de nombreuses pathologies telles que le syndrome métabolique et le diabète de type 2. En fait, de nombreux gènes clés subissent une modification de leur état de méthylation en présence des composants du syndrome métabolique. Cela montre que la méthylation de l'ADN est un processus important dans l'étiologie du syndrome métabolique. Le premier travail de ce doctorat a porté sur la rédaction d’un article de revue qui a examiné le cadre central du syndrome métabolique et analyser le rôle des modifications épigénétiques susceptibles d'influer sur l'apparition du stress oxydant et des complications cardiométaboliques. D’autre part, les cellules intestinales Caco-2/15, qui ont la capacité de se différencier et d’acquérir les caractéristiques physiologiques de l'intestin grêle, ont été utilisées et traitées avec du Fer-Ascorbate pour induire un stress oxydant. Le Fer-Ascorbate a induit une augmentation significative de l’inflammation et de la peroxydation des lipides (malondialdehyde) ainsi que des altérations de de la défense antioxydante (SOD2 et GPx) accompagnées de modifications épigénétiques. De plus, la pré-incubation des cellules avec de la 5-aza-2'-désoxycytidine, un agent de déméthylation et/ou l’antioxydant Trolox a normalisé la défense antioxydante, réduit la peroxydation des lipides et prévenu l'inflammation. Ce premier travail a démontré que les modifications du redox et l’inflammation induites par le Fer-Ascorbate peuvent impliquer des changements épigénétiques, plus particulièrement des changements dans la méthylation de l’ADN. Pour mieux définir l’impact du stress oxydant au niveau nutritionnel, des cochons d’Inde âgés de trois jours ont été séparés en trois groupes : 1) Témoins: alimentation régulière; 2) Nutrition parentérale (NP) 3) H2O2 : Témoins + 350 uM H2O2. Après quatre jours, pour un groupe, les perfusions ont été stoppées et les animaux sacrifiés pour la collecte des foies. Pour l’autre groupe d’animaux, les perfusions ont été arrêtées et les animaux ont eu un accès libre à une alimentation régulière jusqu'à la fin de l’étude, huit semaines plus tard où ils ont été sacrifiés pour la collecte des foies. Ceci a démontré qu’à une semaine de vie, l'activité DNMT et les niveaux de 5'-méthyl-2'-désoxycytidine étaient inférieurs pour les groupes NP et H2O2 par rapport aux témoins. A neuf semaines de vie, l’activité DNMT est restée basse pour le groupe NP alors que les niveaux de 5'-méthyl-2'-désoxycytidine étaient plus faibles pour les groupes NP et H2O2 par rapport aux témoins. Ce travail a démontré que l'administration de NP ou de H2O2, tôt dans la vie, induit une hypométhylation de l'ADN persistante en raison d'une inhibition de l'activité DNMT. Finalement, des souris ayant reçu une diète riche en gras et en sucre (HFHS) ont été utilisées comme modèle in vivo de syndrome métabolique. Les souris ont été nourris soit avec un régime standard chow (témoins), soit avec une diète riche en gras et en sucre (HFHS) ou avec une diète HFHS en combinaison avec du GFT505 (30 mg/kg), un double agoniste de PPARα et de PPARδ, pendant 12 semaines. La diète HFHS était efficace à induire un syndrome métabolique étant donnée l’augmentation du poids corporel, du poids hépatique, des adiposités viscérales et sous-cutanées, de l’insensibilité à l’insuline, des lipides plasmatiques et hépatiques, du stress oxydant et de l’inflammation au niveau du foie. Ces perturbations étaient accompagnées d’une déficience dans l’expression des gènes hépatiques PPARα et PPARγ concomitant avec une hyperméthylation de leurs promoteurs respectifs. L’ajout de GFT505 à la diète HFHS a empêché la plupart des effets cardiométaboliques induits par la diète HFHS via la modulation négative de l’hyperméthylation des promoteurs, résultant en l’augmentation de l’expression des gènes hépatiques PPARα et PPARγ. En conclusion, GFT505 exerce des effets métaboliques positifs en améliorant le syndrome métabolique induit par l'alimentation HFHS via des modifications épigénétiques des gènes PPARs. Ensemble, les travaux de cette thèse ont démontré que le stress oxydant provenant de la nutrition induit d’importants changements épigénétiques pouvant conduire au développement du syndrome métabolique. La nutrition apparait donc comme un facteur crucial dans la prévention de la reprogrammation fœtale et du développement du syndrome métabolique. Puisque les mécanismes suggèrent que le stress oxydant agit principalement sur les métabolites du cycle de la méthionine pour altérer l’épigénétique, une supplémentation en ces molécules ainsi qu’en antioxydants permettrait de restaurer l’équilibre redox et épigénétique.

Elucidation of the biological roles of Wnt5a signaling in follicle development

La santé folliculaire est déterminée par un nombre de facteurs endocriniens, paracrines et autocrines. Les gonadotrophines hypophysaires sont les principaux moteurs du développement du follicule, mais leurs actions sont modulées localement par les hormones et des facteurs de croissance. Les glycoprotéines de la famille des WNTs représentent une grande famille de molécules impliquées dans différentes voies de signalisation. Ils sont sécrétés dans le but de moduler et coordonner la réponse des follicules aux gonadotrophines, et leurs activités sont indispensables à la fonction ovarienne et à la fertilité féminine. Les WNTs sont généralement classés en fonction de la (des) voie(s) qu’ils activent. Le rôle des membres de la voie canonique WNT et de ses composants tels que CTNNB1, WNT4, WNT2, FZD1 et FZD4 est bien établi au cours du développement du follicule chez les rongeurs. Un rôle similaire des WNTs dans les espèces mono-ovulatoires demeure essentiellement inconnu. De plus, le rôle des WNT non canoniques dans l'ovaire de rongeurs est méconnu. Les objectifs de cette thèse sont (1) d'élucider la régulation hormonale de l'expression de WNT5A et le rôle physiologique de WNT5A dans les cellules de la granulosa bovine in vitro et (2) d'identifier les rôles physiologiques de WNT5A dans l'ovaire de souris par inactivation génique conditionnelle. Chacun de ces objectifs a mené à la publication d’un article à partir des résultats obtenus au cours de cette thèse. Dans le premier article, le rôle de WNT5A dans les cellules de la granulosa bovine a été étudié in vitro. Nous avons constaté que WNT5A est un régulateur négatif de la stéroïdogenèse stimulée par la FSH issue des cellules de la granulosa, et qu'il agit en supprimant l'activité de signalisation des WNTs canoniques tout en induisant la voie de signalisation MAPK8/JUN. le deuxième article, afin d’examiner le rôle de deux WNTs non-canoniques, WNT5A et WNT11, à différents stades de développement folliculaire, nous avons généré des modèles de souris knock-out conditionnels ciblant les cellules de la granulosa pour chacun de ces WNTs. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence que WNT5A est nécessaire pour assurer la fertilité normale chez la femelle, le développement folliculaire et la stéroïdogenèse ovarienne. Il est aussi un antagoniste de la réponse aux gonadotrophines, agissant par l’intermédiaire de la suppression de la signalisation canonique des WNTs. Chez les souris knock-out pour WNT11, nous ne constatons aucun défaut important dans la fertilité des femelles. L’ensemble de notre travail met en évidence que WNT5A est essentiel pour le développement normal du follicule et qu’il agit pour inhiber la différenciation des cellules de la granulosa. En résumé, nous avons fourni une étude novatrice et approfondie, utilisant plusieurs modèles et techniques pour déterminer les mécanismes par lesquels WNT5A régule le développement des follicules.